电子设计大赛高频部分培训

12012.8.7高频无线电类设计2第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛题目C题简易无线电遥控系统一、任务设计并制作无线电遥控发射机和接收机1．无线电遥控发射机控制键编码调制功放电池2．无线电遥控接收机放大解调解码外供直流稳压电源被控设备3第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛题目D题调幅广播收音机*一、任务利用所提供的元器件（附有资料）制作一个中波广播收音机。第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛题目一、任务设计并制作一个短波调频接收机，方框图如下：D题短波调频接收机设计4第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛题目F题调频收音机一、任务用SONY公司提供的FM/AM收音机集成芯片CXA1019和锁相频率合成调谐集成芯片BU2614，制作一台调频收音机。第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛题目单工无线呼叫系统（D题）一、任务设计并制作一个单工无线呼叫系统，实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务。5第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛题目无线识别装置（B题）一、任务设计制作一套无线识别装置。该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成，其方框图参见图1。阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。6第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛题目无线环境监测模拟系统（D题）一、任务设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光源信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。7“高频无线电类”赛题对相关知识的要求掌握：模拟电路、数字电路、单片机等知识了解：RF（射频）发射、接收电路设计与制作小信号放大电路设计与制作高频功率放大器电路设计与制作LC振荡器电路设计与制作FM、ASK、FSK调制与解调电路设计与制作PLL（锁相环）电路设计与制作电感线圈的设计与制作8如何提高电子设计能力1、多分析各种应用电路图和其工作原理说明2、多进行实际动手制作3、充分利用图书、期刊、网络等各种渠道了解新器件、新技术等。9第一章无线通信系统的基本工作原理无线通信系统组成框图信号源变换器发射机接收机变换器受信者图1无线通信系统组成框图10•各部分作用信息源：提供需要传送的信息变换器：待传送的信息（图像、声音等）与电信号之间的互相转换。发射机：把电信号转换成高频振荡信号并由天线发射出去。信号源变换器发射机接收机变换器受信者图1无线通信系统组成框图11•各部分作用传输媒质：信息的传送通道（自由空间）接收机：把高频振荡信号转换成原始电信号受信者：信息的最终接收者信号源变换器发射机接收机变换器受信者图1无线通信系统组成框图121.1无线电广播发送设备的基本原理和组成振荡器：产生高频信号倍频器：将振荡器产生的高频信号频率整数倍升高到所需的载波信号频率振幅调制器：将输入的高频载波信号和低频调制信号变换成高频已调信号，并以足够大的功率输送到天线，然后辐射到空间。调制放大器:由低频电压和功率放大级组成,用来放大话筒所产生的微弱信号，并送入调制器。调幅广播发送设备组成13用基带信号去控制高频信号的某一参数，使该参数按照基带信号的规律变化的过程，称为调制。基带信号也称为调制信号；未调制的高频信号称为载波信号；经调制后的高频信号称为已调信号。用基带信号去控制高频信号的振幅，称为调幅AM频率，称为调频FM相位，称为调相PM1.1无线电广播发送设备的基本原理和组成141.2无线电调幅广播接收设备的基本原理和组成超外差式调幅接收机组成框图高频放大器输出载频fC的已调信号，本机振荡器提供频率为fL的高频等幅信号，它们同时送入混频器。在其输出端可获得频率较低的中频已调信号，通常取中频频率fI=fL-fC。中频放大器为中心频率固定在fI上的选频放大器，它进一步滤除无用信号，并将有用信号放大到足够值。检波器对中频放大器送来的信号进行解调，可恢复出原基带信号，然后经低频放大器后输出。高频放大器对天线所接收的信号进行初步的选择，抑制无用频率的信号，而将所需频率的信号加以放大。151.2无线电调幅广播接收设备的基本原理和组成解调的三种方式：①对调幅波的解调——检波②对调频波的解调——鉴频③对调相波的解调——鉴相信号的“卸载”——解调从高频已调波信号中“取出”调制信号的过程。16无线电波的发射发射无线电波的装置：振荡器L1L2开放电路地线天线无线电波由开放电路发射出去振荡器电路实际的发射装置17无线电波的接收接收无线电波的装置：收音机的调谐电路通过可变电容改变调谐电路的固有频率，使其与接收电台的电磁波频率相同，这个频率的电磁波就在调谐电路里激起较强的感应电流，这样就选出了电台。可变电容LC2πf118小结1.无线通信系统由输入变换器、发射机、无线信道、接收机和输出变换器所组成。2.无线电发射设备由振荡器、倍频器、高频功放、调制器、天线、电源等部分组成。3.无线电的接收设备由天线、高频小信号放大器、本振、混频、中放、检波、低放、电源等部分组成。19第二章高频功率放大器高频功率放大器通常用于发射机的末级或末前级，作用是将信号放大到额定功率，由天线辐射出去。1.高频功率放大器的特点•采用LC谐振网络作负载。•一般工作在丙类或乙类状态。•技术指标要求输出功率大、效率高。•要求非线性失真小。20（1）电路原理三极管V在工作时应处于丙类工作状态，只有小部分时间导通。LC谐振回路起到滤波和匹配作用。基极电源VBB应小于死区电压以保证晶体管工作于丙类状态，一般VBB略小于0。集电极电压VCC是功率放大器的能量来源。2.高频功率放大器的工作原理21（1）电路原理2.高频功率放大器的工作原理在丙类工作状态下，uBE=ＶBB+Ubmcosωct较小，且uBE＞Uon时才有集电极电流流过，故集电极耗散功率小、效率高。22一、直流馈电电路3.高频功率放大器电路直流馈电电路是指把直流电源馈送到晶体管各极的电路，它包括集电极馈电电路和基极馈电电路两部分。无论是哪一部分的馈电电路，都有串联馈电和并联馈电两种方式。在高频功率放大电路中，它的管外电路由直流馈电电路和匹配网络两部分构成的。233.高频功率放大器电路1）集电极馈电电路集电极馈电电路是为集电极提供电源电压。串馈是指直流电源、匹配网络和功率管三者串联连接的一种馈电方式。串联馈电电路LC：对基波分量选频CC：高频旁路电容LC：高频扼流圈243.高频功率放大器电路并馈是指直流电源、匹配网络和功率管三者并联连接的一种馈电方式。并联馈电电路1）集电极馈电电路集电极馈电电路是为集电极提供电源电压。253.高频功率放大器电路LLLLCCCCCVV+-VCC+-VCC+-VCC+-VCC+-VCC+-uc+-uc+-uc(a)(b)c1c2ccc（a）串馈电路（b）并馈电路串馈与并馈电路各有优缺点。串馈电路的谐振回路处于直流高电位，可变电容的动片不能直接接地；并馈电路的谐振回路处于直流地电位，可变电容动片可以直接接地，因此在电路板上安装时就比串馈电路方便。263.高频功率放大器电路2）基极馈电电路（a）串馈电路（b）并馈电路273.高频功率放大器电路由于上图电路中采用一个独立电源实现偏置，很不方便，因此在负偏置的丙类谐振功放中，一般采用下图所示的基极自偏压电路。VVVCCCCCRRLLLIB0IE0IB0iBiBiE+-+-B2B1BBBBBBEE(a)(b)(c)3）基极偏置电路283.高频功率放大器电路3）基极偏置电路图(a)是利用iB的直流分量IBo在RB上产生所需的负偏压，并通过高频扼流圈LB加到基极上，使UBE=-IBORB；VVVCCCCCRRLLLIB0IE0IB0iBiBiE+-+-B2B1BBBBBBEE(a)(b)(c)293.高频功率放大器电路3）基极偏置电路图(c)是利用iE的直流分量IEo在RE上产生所需的负偏压，并通过高频扼流圈LB加到基极上，使UBE=-IEORE；VVVCCCCCRRLLLIB0IE0IB0iBiBiE+-+-B2B1BBBBBBEE(a)(b)(c)303.高频功率放大器电路3）基极偏置电路注意：图中电路的静态偏置电压与加输入信号后的直流偏置电压是不同的。这两电路的静态偏置电压均为零，但直流偏置电压却为不同的负电压。VVVCCCCCRRLLLIB0IE0IB0iBiBiE+-+-B2B1BBBBBBEE(a)(b)(c)313.高频功率放大器电路4）匹配网络匹配：使外接负载阻抗与放大器所需的最佳负载电阻相匹配，以保证放大器输出功率最大。设计匹配网络需满足两个条件：1.匹配网络的谐振频率等于输入信号的中心频率。2.阻抗匹配。323.高频功率放大器电路几种常见的LC匹配网络4）匹配网络L型T型型333.高频功率放大器电路160MHz谐振功率放大电路T型匹配网络L型匹配网络基极自给偏压集电极并馈5）实际电路34R32KR230K2SC1970C247pFL1R150KC4104C3103C110uF输入12V功率放大电路3.高频功率放大器电路功率放大电路—发射部分1995年全国题—简易无线电遥控系统设计R133KR25.1KVT0050C17/25pFL2L12.5uH13uHL314uHC220pFC3150pF6V输入35C5090.01uC506120pC5070.01uC5100.01uC50830pC51120pL5033uHL5013uHL502100uH3DG12D3DG12DR50950KR5111KR51251R50810KR51051+12vC5123-15P发射天线C5190.01uL504470uH输入信号3.高频功率放大器电路丙类谐振功率放大电路36小结2.高频功率放大器的工作原理3.高频功率放大器电路1.高频功率放大器的特点•高频功率放大器的匹配网络•基极偏置电路•直流馈电电路37第三章小信号谐振放大电路小信号谐振放大器也称为窄带调谐放大器，通常位于接收机的前端电路，主要用于高频小信号或微弱信号的线性放大。小信号调谐放大器不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。38第三章小信号谐振放大电路小信号调谐放大器主要技术指标：1.中心频率f0LCπf021LC值可根据要求自行选取。当f0=30MHz时，选L13=1uH,则C=28pF39第三章小信号谐振放大电路小信号调谐放大器主要技术指标：2.带宽BWLgfLgfQfBWL200021QL：有载品质因数g：为并在回路1、3端的总电导。40小信号调谐放大器第三章小信号谐振放大电路主要技术指标：3.电压增益Au0Au0=-p1p2yfe/gp1、p2:接入系数p1=N12/N13=5/20=0.25p2=N45/N13=4/20=0.2yfe:三极管导纳接入系数：减轻外电路对回路的影响，但增益下降。41小信号调谐放大器第三章小信号谐振放大电路RLC回路决定了放大器带通特性，电阻R是用来降低回路Q值，扩展通频带的。带宽增益乘积等于常数51k10k5100.01u10k上面是以f0=30MHz为例的电路，如果要改变中心频率，电路形式不变，只需重新设计LC回路即可。42高频小信号放大电路小信号谐振放大电路实例输出43C1100pFSDZ4R122KR210KR3430KR475VT12SC763C70.1uFC410pFC36800pFSDZ4ANTENNAC20.1uFVcc=5v输出高频放大电路——接收部分见1995年全国C题—简易无线电遥控系统设计44集成小信号谐振放大器如：MC1350P、MC1350、MC1590等芯片MC1350选频放大器选频和阻抗匹配调谐回路45第四章正弦波振荡器一、振荡器的功能二、正弦波振荡器的用途三、LC振荡器46一、振荡器的功能在无输入信号情况下，将电源的直流能量转换成具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号的能量。二、正弦波振荡器的用途发射机(载波频率fC)接收机(本地振荡频率fL)通信系统：数字系统：时钟信号测